10.14489/vkit.2018.08.pp.028-035

DOI: 10.14489/vkit.2018.08.pp.028-035

Беляков А. А., Гаибова Т. В.
АЛГОРИТМ ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ НА ОСНОВЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ БЛИЖНЕЙ ЗАТЕНЕННОСТИ
(c. 28-35)

Аннотация. Рассмотрено приложение NP-сложной (Non-deterministic Polynomial) задачи геометрического покрытия к процессу размещения фотоэлектрических модулей (ФЭМ) солнечных систем электроснабжения. Даны описания основных положений методики оптимального размещения ФЭМ с учетом карты затененности, формируемой для заданного интервала времени. Проведен вычислительный эксперимент, направленный на исследование эффективности разработанного жадного алгоритма для монтажных поверхностей прямоугольной формы. Использование алгоритма позволяет снизить влияние ближней затененности и стабилизировать уровень выработки электроэнергии.

Ключевые слова: геометрическое покрытие; оптимальное размещение фотоэлектрических модулей; жадный алгоритм; ближняя затененность; кумулятивное значение прямой радиации.

Belyakov A. A., Gaibova T. V.
OPTIMUM PLACEMENT OF PHOTOVOLTAIC MODULES ALGORITHM BASED ON DYNAMIC EVALUATION OF NEAR SHADING
(pp. 28-35)

Abstract. The article presents the application of nondeterministic polynomial time hard problem of geometric coating to placement of PV (PhotoVoltaic) modules of solar power supply systems. The article deals with core principles of a method of optimum placement of solar PV modules that involves shadow sources profiling using triangulation scanning, and creating shading charts for a set time period, and module location maps following optimum PV module placement algorithm. The authors propose a mathematic set up of a problem of optimum PV module placement on a rectangular-shape mounting surface. Given problem data includes: a shading map generated for the expected operation period of solar power supply system, dimensions of a module and a number of installed modules. The sum of beam radiation projected onto the specified number of modules is used as an objective function. Basic problem limitations are PV modules disjointness within the mounting surface and the fact that all modules should be within the margins of the mounting surface. Finite capacity and equipment cost are also recognized. The article also presents a detailed review of steps of optimum PV modules placement algorithm based on the greedy algorithm for solving geometric coating problem. The results of the simulation experiment for geographic conditions of Orenburg region are given. A tree and a flatroof building were chosen as sources of shadow. The developed algorithm was implemented using WebGL, HTML5/CSS3, JavaScript, Three.js, jQuery.js technology stack. The algorithm efficiency was evaluated following simulation results comparison with results of manual PV module placement for landscape and portrait methods. Results of the improved targeted indicator for the landscape method appliedto a set of 15 modules are presented. The effect of a number of PV modules in a set on the algorithm efficiency is analyzed. Interpretation of algorithm application results is given from the economic point of view. The implemented algorithm reduces the impact of near shading and stabilizes the level of solar power generation within solar power supply systems.

Keywords: Geometric coating; Optimum placement of photovoltaic modules; Greedy algorithm; Near shading; Cumulative value of beam radiation.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. А. Беляков (АО «Оренбургская финансово-информационная система «Город», Оренбург, Россия)
Т. В. Гаибова (Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. A. Belyakov (Orenburg Financial Information System “City”, Orenburg, Russia)
T. V. Gaibova (Orenburg State University, Orenburg, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Alta Device Reports NREL Verification of 23,5 % Efficiency for Counter-Intuitive Solar Panel // The American Ceramic Society. February 8th, 2012. URL: http://ceramics.org/ceramic-tech-today/alta-devices- reports-nrel-verification-of-235-efficiency-for-counter-intuitive-solar-panel (дата обращения: 15.02.2018).
2. Беляков А. А., Гаибова Т. В. Алгоритм оценки затененности плоской поверхности // Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии: сб. тр. VIII Всерос. науч.-практ. конф. Оренбург, 2017. С. 181 – 184.
3. Саврасов Ф. В., Лукутин Б. В. Расчет эффективности использования автономных систем электроснабжения с фотоэлектростанциями в условиях Западной Сибири // Изв. Томского политехн. ун-та. 2013. Т. 322, № 6. С. 17 – 21.
4. Хегази Р. А. Х., Виссарионов В. И. Оценка ресурсов солнечной энергии Египта и определение параметров фотоэлектрической установок // Вестник МЭИ. 2011. № 4. С. 23 – 29.
5. Mermoud A. Optimization of Row-Arrangement in PV Systems, Shading Loss Evaluations According to Module Positioning and Connexions // 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Frankfurt, 2012. C. 4009 – 4013. doi: 10.4229/27thEUPVSEC2012-5AV.1.46
6. Wittmer B., Mermoud A., Schott T. Analysis of PV Grid Installations Performance, Comparing Measured Data to Simulation Results to Identify Problems in Operation and Monitoring // 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Hamburg, 2015. C. 2265 – 2270. doi: 10.4229/ EUPVSEC20152015-5BV.2.34
7. Dimov D., Goldman M. A. Device “Solar Pathfinder”. Methods and Systems for Solar Shade Analysis: US8842878 B2, США, PCT/US2009/068331; заявл. 16.12.2009; опубл. 23.09.2014; приоритет 16.12.2008 (США). 7 с.
8. McDonald W. S. Solar Access Measurement Device (SAMD). US 7873490 B2, US 11/321,294; заявл. 28.12.2005; опубл. 18.01.2011; приоритет 28.12.2005 (США). 6 с.
9. Еремеев А. В., Заозерская Л. А., Колоколов А. А. Задача о покрытии множества: сложность, алгоритмы, экспериментальные исследования // Дискретный анализ и исследование операций. Серия 2. 2000. Т. 7, № 2. С. 22 – 46.

Eng

1. Alta Device Reports NREL Verification of 23,5 % Efficiency for Counter-Intuitive Solar Panel (2012). The American Ceramic Society. February 8th. Available at: http://ceramics.org/ceramic-tech-today/alta-devices- reports-nrel-verification-of-235-efficiency-for-counter-intuitive-solar-panel (Accessed: 15.02.2018).
2. Belyakov A. A., Gaibova T. V. (2017). The algorithm for estimating the shading of a flat surface. Computer integration of production and IPI-technology: proceedings of the VIII All-Russian scientific and technical conference. Orenburg, pp. 181-184. [in Russian language]
3. Savrasov F. V., Lukutin B. V. (2013). Calculation of the efficiency of using autonomous power supply systems with photovoltaic power plants under conditions Western Siberia. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 322(6), pp. 17-21. [in Russian language]
4. Hegazi R. A. H., Vissarionov V. I. (2011). Estimation of Egypt's solar energy resources and determination of the parameters of photoelectric installations. Vestnik MEI, (4), pp. 23-29. [in Russian language]
5. Mermoud A. (2012). Optimization of Row-Arrangement in PV Systems, Shading Loss Evaluations According to Module Positioning and Connexions. 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Frankfurt, pp. 4009-4013. doi: 10.4229/27thEUPVSEC2012-5AV.1.46
6. Wittmer B., Mermoud A., Schott T. (2015). Analysis of PV Grid Installations Performance, Comparing Measured Data to Simulation Results to Identify Problems in Operation and Monitoring. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. (pp. 2265-2270). Hamburg. doi: 10.4229/ EUPVSEC20152015-5BV.2.34
7. Dimov D., Goldman M. A. (2014). Device “Solar Pathfinder”. Methods and Systems for Solar Shade Analysis: US8842878 B2, USA, PCT/US2009/068331.
8. McDonald W. S. (2011). Solar Access Measurement Device (SAMD). US 7873490 B2, US 11/321,294.
9. Eremeev A. V., Zaozerskaya L. A., Kolokolov A. A. (2000). The problem of covering a set: complexity, algorithms, experimental studies. Diskretnyy analiz i issledovanie operatsiy. Seriya 2, 7(2), pp. 22-46. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2018.08.pp.028-035

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2018.08.pp.028-035

and fill out the form